【學(xué)習(xí)】第10章大氣擴(kuò)散與污染控制(2)

1、.5月月31日日.2222( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu 222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu 實實際際濃濃度度222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu 實實際際濃濃度度2222( , ,0,)exp()exp()22yzyzqyHc x yHu 地地面面濃濃度度模模式式：取取z z0 0代代入入上上式式，得得2222( , ,0,)exp()exp()22yzyzqyHc x yHu 地地面面濃濃度度模模式式：取取z z0

2、 0代代入入上上式式，得得.yzconstd ( ,0,0,)0dzc xHmax22zyqcuH emax|2czx xH地面最大濃度模式（續(xù)）：地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)設(shè)（實際中成立）（實際中成立）由此求得由此求得yzconstd ( ,0,0,)0dzc xHmax22zyqcuH emax|2czx xH地面最大濃度模式（續(xù)）：地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)設(shè)（實際中成立）（實際中成立）由此求得由此求得22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu 地地面面軸軸線線濃濃度度模模式式：再再取取y y= =0 0代代入入上上式式22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu 地地

3、面面軸軸線線濃濃度度模模式式：再再取取y y= =0 0代代入入上上式式.q 源強(qiáng)源強(qiáng) 計算或?qū)崪y計算或?qū)崪y 平均風(fēng)速平均風(fēng)速 多年的風(fēng)速資料多年的風(fēng)速資料 H 有效煙囪高度有效煙囪高度 、 擴(kuò)散參數(shù)擴(kuò)散參數(shù)uyz.煙云抬升的原因有兩個：煙云抬升的原因有兩個：是煙囪出口處的煙流具有一初始動量（使它們繼續(xù)垂直上是煙囪出口處的煙流具有一初始動量（使它們繼續(xù)垂直上升）；升）；是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。這兩種動力引起的煙氣浮力運(yùn)動稱這兩種動力引起的煙氣浮力運(yùn)動稱煙云抬升煙云抬升，煙云抬升有利，煙云抬升有利于降低地面的污染物濃度。于降低地面的污染物濃度。

4、1.煙氣抬升高度的計算煙氣抬升高度的計算 初始動量：初始動量： 速度、內(nèi)徑速度、內(nèi)徑浮力：煙溫度浮力：煙溫度煙氣抬升煙氣抬升sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升升高高度度有有效效源源高高sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升升高高度度有有效效源源高高.（1） Holland公式公式：當(dāng)大氣穩(wěn)定度為中性，計算煙氣抬升當(dāng)大氣穩(wěn)定度為中性，計算煙氣抬升高度時，經(jīng)常使用霍蘭徳公式：高度時，經(jīng)常使用霍蘭徳公式： Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下。公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下。在實際計算中，不穩(wěn)定條件在實際計算中，不穩(wěn)定條件(A、B穩(wěn)定度

5、穩(wěn)定度)，H 需增加需增加1020；穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件(D、E、F穩(wěn)定度穩(wěn)定度)， H 需減少需減少1020。3ssaHs1(1.52.7)(1.59.6 10)sv DTTHDv DQTuukWkW抬升高度計算式抬升高度計算式 . H1 1/32/3sH1 1/32/3sH21000kW 10 =0.362 10 =1.55當(dāng)時sQxHHQxuxHHQHuH1 1/31/3H3/52/5Hs6/5 3/53/5Hs21000kW 3 * =0.362 3 * =0.332 *=0.33當(dāng)時QxxHQxuxxHQHxQHu（2）Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣

6、條件不穩(wěn)定或中性大氣下，布里格斯公式用來確定不同的熱釋放不穩(wěn)定或中性大氣下，布里格斯公式用來確定不同的熱釋放率和下風(fēng)向距離條件下的煙氣抬升高度：率和下風(fēng)向距離條件下的煙氣抬升高度：.（3 3）我國）我國“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法” (GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式在沒有特別要求時，應(yīng)優(yōu)先使用在沒有特別要求時，應(yīng)優(yōu)先使用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法。 12Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12100kW()35K =0.35 1700kW2100kW1700 =() 4002(1.50.0

7、1)0.04 =sQTTHn QHuTQP QTTTTQQHHHHv DQHu (1)當(dāng)和時(2)當(dāng)時HHsH1 / 43 / 8aH8(1700)1700kW35K2(1.50.01) = 10m1.5m /s d =5.5(0.0098)dQuQTv DQHuTHQz(3)當(dāng)或時(4)當(dāng)高 處 的 年 平 均 風(fēng) 速 小 于 或 等 于時.例：某市遠(yuǎn)郊區(qū)電廠煙囪高例：某市遠(yuǎn)郊區(qū)電廠煙囪高160m，煙囪排出口內(nèi)徑，煙囪排出口內(nèi)徑5m，排煙速度，排煙速度12m/s。煙氣溫度。煙氣溫度135，周圍大氣，周圍大氣溫度溫度15 。大氣穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度C級，源高處風(fēng)速級，源高處風(fēng)速6.12m/s。

8、試分別用霍蘭德、布里格斯、國家標(biāo)準(zhǔn)公式計算煙氣試分別用霍蘭德、布里格斯、國家標(biāo)準(zhǔn)公式計算煙氣抬升高度（假設(shè)下風(fēng)向距離抬升高度（假設(shè)下風(fēng)向距離x=2km）.PG曲線法曲線法 帕斯奎爾帕斯奎爾(Pasquill)在在1961年推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測資年推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測資料就能估算料就能估算y，z的方法，吉福德的方法，吉福德(Gifford)進(jìn)一步將它制成應(yīng)進(jìn)一步將它制成應(yīng)用更方便的圖表。應(yīng)用觀測到的風(fēng)速、云量、云狀和日照等天用更方便的圖表。應(yīng)用觀測到的風(fēng)速、云量、云狀和日照等天氣資料，氣資料，將大氣擴(kuò)散稀釋能力分為將大氣擴(kuò)散稀釋能力分為6個等級個等級：A 極不穩(wěn)定，極不穩(wěn)定，B 不穩(wěn)

9、定，不穩(wěn)定，C 弱不穩(wěn)定，弱不穩(wěn)定，D 中性，中性，E 弱穩(wěn)定，弱穩(wěn)定，F(xiàn) 穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為AB，則表示按，則表示按A 、B級的級的數(shù)據(jù)內(nèi)插數(shù)據(jù)內(nèi)插。該法的要點(diǎn)該法的要點(diǎn)：首先首先根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度級別；級別；然后然后從從圖圖4-4和和圖圖4-5中查得中查得（或表（或表4-4用內(nèi)插法求出）用內(nèi)插法求出）對應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)對應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)y和和z；最后最后將將y、z代入前面介紹的一系代入前面介紹的一系列擴(kuò)散模式中，就可估計出各種情況下的濃度值。列擴(kuò)散模式中，就可估計出各種情況下的濃度值。擴(kuò)散參數(shù)是表征湍流

10、擴(kuò)散劇烈程度的物理量，是影響污染物濃度擴(kuò)散參數(shù)是表征湍流擴(kuò)散劇烈程度的物理量，是影響污染物濃度的重要參數(shù)。的重要參數(shù)。 .PG曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別.PG曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用利用擴(kuò)散曲線確定利用擴(kuò)散曲線確定 和和yz.PG曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用Hmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxC由由和和由由曲線（圖曲線（圖4-5）反查出）反查出由由曲線（圖曲線（圖4 4- -4 4）查）查由式（由式（4 4- -1010）求出）求出yHmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxC由由和和由由曲線（圖曲線（圖4-5）反查出）反查出由由曲線（圖

11、曲線（圖4 4- -4 4）查）查由式（由式（4 4- -1010）求出）求出y.設(shè)H=141.4m，則=100m若大氣穩(wěn)定度級別為B級，則 查右圖知： =2km.在對應(yīng)的約為110m.我國在修訂我國在修訂P-T法基礎(chǔ)上產(chǎn)生了國家標(biāo)準(zhǔn)法法基礎(chǔ)上產(chǎn)生了國家標(biāo)準(zhǔn)法(GB/T 13201-91)。 太陽高度角太陽高度角 （式（式4-29，地理緯度，傾角），地理緯度，傾角） 輻射等級輻射等級 穩(wěn)定度穩(wěn)定度 云量云量（加地面風(fēng)速）（加地面風(fēng)速） 該方法的技術(shù)路線是：根據(jù)時間、地理位置確定日傾角、該方法的技術(shù)路線是：根據(jù)時間、地理位置確定日傾角、太陽高度角，利用天氣條件確定輻射等級，然后利用輻射太陽高度角

12、，利用天氣條件確定輻射等級，然后利用輻射等級和風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度，最后查擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表，等級和風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度，最后查擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表，確定擴(kuò)散參數(shù)。確定擴(kuò)散參數(shù)。 .擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時間，按表擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時間，按表4-8查算）查算）平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級向不穩(wěn)定方向提半級工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至提至B級，級，D、E、F向不穩(wěn)定方向向不穩(wěn)定方向提一級提一級丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時間大于，取樣時間大于， 不變，不變，1221,aay

13、zxx2121()qyyz.例：某冶煉廠煙囪高例：某冶煉廠煙囪高150m，煙氣抬升高度，煙氣抬升高度75m，SO2排放量排放量1000g/s 。估算風(fēng)速。估算風(fēng)速3m/s，大氣穩(wěn)定度，大氣穩(wěn)定度C級時地面最大濃度是多少？發(fā)生在什么位置？級時地面最大濃度是多少？發(fā)生在什么位置？ （分別用（分別用P-G法和國家標(biāo)準(zhǔn)方法計算）法和國家標(biāo)準(zhǔn)方法計算）第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風(fēng)向距離。第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風(fēng)向距離。第一步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的第一步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的Z向擴(kuò)散參數(shù)。向擴(kuò)散參數(shù)。第三步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的第三步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的y向擴(kuò)散參數(shù)。向擴(kuò)散參數(shù)。

14、第四步：計算地面最大濃度。第四步：計算地面最大濃度。.在整層大氣都具有同一穩(wěn)定度（即溫度層結(jié)構(gòu)均一，實際在整層大氣都具有同一穩(wěn)定度（即溫度層結(jié)構(gòu)均一，實際中難以實現(xiàn)）、平坦地形的條件下應(yīng)用高斯模式計算污染中難以實現(xiàn)）、平坦地形的條件下應(yīng)用高斯模式計算污染物濃度。物濃度。如果整個大氣層不均勻，污染物擴(kuò)散所涉及的溫度層結(jié)不如果整個大氣層不均勻，污染物擴(kuò)散所涉及的溫度層結(jié)不止一個，或者地表粗糙度高，地勢起伏大就需要特殊處理。止一個，或者地表粗糙度高，地勢起伏大就需要特殊處理。下面討論兩種特殊情況：封閉型擴(kuò)散和熏煙型擴(kuò)散。下面討論兩種特殊情況：封閉型擴(kuò)散和熏煙型擴(kuò)散。一、封閉型擴(kuò)散模式一、封閉型擴(kuò)散模

15、式有上部逆溫層的擴(kuò)散模式有上部逆溫層的擴(kuò)散模式所謂封閉型擴(kuò)散就是指在上部存在逆溫層的氣象條件下，所謂封閉型擴(kuò)散就是指在上部存在逆溫層的氣象條件下，污染物受到上部逆溫層限制，只能在地面和逆溫層之間擴(kuò)污染物受到上部逆溫層限制，只能在地面和逆溫層之間擴(kuò)散的情況散的情況.在封閉型擴(kuò)散中，假定：在封閉型擴(kuò)散中，假定：污染物完全不向逆溫層擴(kuò)散；污染物完全不向逆溫層擴(kuò)散； 上部逆溫層對污染物起全反射作用，可用像源法處理；上部逆溫層對污染物起全反射作用，可用像源法處理； 污染源在地面和逆溫層之間形成無窮多個像對，污染物污染源在地面和逆溫層之間形成無窮多個像對，污染物濃度是實源和無窮多虛源的貢獻(xiàn)之和。濃度是實源

16、和無窮多虛源的貢獻(xiàn)之和。 22(2)exp2zyzqHnDCu 由式由式4-9得：得：地面軸線上的污染物濃度為：地面軸線上的污染物濃度為： .二 次 反 射 一 次 反 射 無 反 射 o o o 地 面 和 逆 溫 層 底 對 煙 云 多 次 反 射 DD-HD-H2D-H.簡化計算：簡化計算：.例：位于北緯例：位于北緯40，東經(jīng)，東經(jīng)117 的的某化工廠煙囪高某化工廠煙囪高50m，H2S排放量排放量9kg/h ,排放筒直徑，煙氣出口溫度排放筒直徑，煙氣出口溫度50。出。出口氣速口氣速12m/s。距地面。距地面10m處風(fēng)速為處風(fēng)速為4m/s，早春，早春2月上月上午午8時，天氣晴朗，環(huán)境氣溫時

17、，天氣晴朗，環(huán)境氣溫15，距地面距地面500m處出現(xiàn)處出現(xiàn)逆溫，試問在下風(fēng)向逆溫，試問在下風(fēng)向5000m、8000m處處H2S濃度有多大？濃度有多大？第二步：確定第二步：確定H計算計算QV、QH-計算計算50m處風(fēng)速處風(fēng)速-計算計算H。第一步：確定大氣穩(wěn)定度第一步：確定大氣穩(wěn)定度查太陽傾角查太陽傾角-計算太陽高度角計算太陽高度角-確定輻射等級確定輻射等級-查出大氣穩(wěn)定度查出大氣穩(wěn)定度第三步：確定第三步：確定XD計算計算z，按遠(yuǎn)郊區(qū)查表，按遠(yuǎn)郊區(qū)查表4-8，反算，反算XD。第四步：按第四步：按4-9計算計算5000m處處H2S濃度。濃度。第五步：按第五步：按4-9計算計算XD 處處H2S濃度；按

18、濃度；按4-36計算計算2XD 處處H2S濃度。然后內(nèi)插，確定濃度。然后內(nèi)插，確定 5000m處處H2S 濃度。濃度。.熏煙過程熏煙過程：早晨太陽升起后，地面得到來自太陽的輻射早晨太陽升起后，地面得到來自太陽的輻射逐漸加熱，夜間產(chǎn)生的逆溫層逐漸抬升，當(dāng)逆溫破壞到逐漸加熱，夜間產(chǎn)生的逆溫層逐漸抬升，當(dāng)逆溫破壞到煙流下邊緣以上時，使煙流發(fā)生向下的強(qiáng)烈混合，地面煙流下邊緣以上時，使煙流發(fā)生向下的強(qiáng)烈混合，地面污染物濃度增大，產(chǎn)生熏煙過程。熏煙過程一般多在早污染物濃度增大，產(chǎn)生熏煙過程。熏煙過程一般多在早晨發(fā)生，持續(xù)時間不超過晨發(fā)生，持續(xù)時間不超過2小時小時。.2.15152.158oyyfyH tg

19、Hhf逆溫層消失高度；逆溫層消失高度；yf熏煙條件下熏煙條件下Y向擴(kuò)散參數(shù)向擴(kuò)散參數(shù)即即hf=H時時.煙囪高度的計算煙囪高度的計算（1）達(dá)到達(dá)到大氣污染物大氣污染物稀釋擴(kuò)散的作用；稀釋擴(kuò)散的作用；（2）盡量）盡量節(jié)省投資節(jié)省投資（造價正比于（造價正比于H H2 2 ）；）；（3 3）地面濃度）地面濃度不超過不超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 1、按地面最大濃度計算、按地面最大濃度計算 max22()ezyqCuHyzs02e ()zbyqHHu CCbCCC0max在0.51.0之間取0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度max22()ezyqCuHyzs02e ()zbyqHHu CCbCCC0ma

20、x在0.51.0之間取0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度.由地面最大濃度計算法由地面最大濃度計算法HS較矮，當(dāng)較矮，當(dāng)u時，地面濃度可能超標(biāo)；時，地面濃度可能超標(biāo)；由地面絕對最大濃度計算法由地面絕對最大濃度計算法HS較高，無論較高，無論u多大，地面濃度不多大，地面濃度不超標(biāo)，但煙囪造價高。超標(biāo)，但煙囪造價高。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面來看，在選擇一個可接受的保證率后，從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面來看，在選擇一個可接受的保證率后，、穩(wěn)、穩(wěn)定度取一定值后代入上述公式，可得某一保證率的氣象條件下定度取一定值后代入上述公式，可得某一保證率的氣象條件下的煙囪高度，較前面較合理。的煙囪高度，較前面較合理。根據(jù)

21、根據(jù)“指定大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法指定大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”GB/T13201-91中規(guī)中規(guī)定的點(diǎn)源煙塵允許排放率計算式：定的點(diǎn)源煙塵允許排放率計算式：6210HPQeeHPQHees610式中：式中：Qe煙塵允許排放速率，煙塵允許排放速率，t/h；Pe煙塵排放控制系數(shù)，煙塵排放控制系數(shù)，t/(hm2)；H有效源高，有效源高，m。.煙囪高度計算公式的校核煙囪高度計算公式的校核 上述計算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強(qiáng)的地區(qū)，需要上述計算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強(qiáng)的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核用封閉型或熏煙型模式校核煙氣抬升高度的選取煙氣抬升高度的選取優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)

22、中的推薦公式（也有人認(rèn)為一般選霍氏公優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦公式（也有人認(rèn)為一般選霍氏公式）。式）。煙流下洗現(xiàn)象的防止煙流下洗現(xiàn)象的防止 為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，煙囪高度應(yīng)為周圍建筑物的煙囪高度應(yīng)為周圍建筑物的2倍以上。倍以上。 為避免煙囪本身對煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口氣速不得為避免煙囪本身對煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口氣速不得低于該高度處平均風(fēng)速的低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍。一般宜在倍。一般宜在2030 m/s。 煙溫宜在煙溫宜在100以上。以上。.公式中與氣象有關(guān)的參數(shù)取值方法：公式中與氣象有關(guān)的參數(shù)取值方法：的取值：取多年平均值；取某一保證率的值：如已知的取值：取多年平均值；取某一保證率的值：如已知3m/s的頻率為的頻率為80%，取，取3m/s可保證有可保證有80%不超標(biāo)，而不超標(biāo)，而地面平均最大濃度可能比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)更低。地面平均最大濃度可能比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)更低。yz值在 0.51.0 間，即：當(dāng) Hs100m 時，5